図面 (/)

技術 コジェネプラントとその運転方法

出願人 株式会社IHI
発明者 中村恵子大牧康弘鈴木俊太郎村山茂樹村野幸哉阿久津貴之大石智之
出願日 2004年6月30日 (16年4ヶ月経過) 出願番号 2004-193633
公開日 2006年1月19日 (14年10ヶ月経過) 公開番号 2006-017340
状態 特許登録済
技術分野 熱ガス機関 蒸気発生一般 蒸気又は温水中央暖房方式 特定用途計算機
主要キーワード 運転制約条件 制約条件設定 蒸気出力 指定機器 最適運転計画 需要計画 蒸気需要 燃料単価
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年1月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

複数のコジェネユニットの特性が大きく相違する場合でも、その運用コスト総合効率CO2排出量のいずれかを選択的に最適化することができるコジェネプラントとその運転方法を提供する。

解決手段

複数の熱電可変型コジェネユニット12と、燃料を用いて蒸気を発生する補助ボイラ14と、外部から電力の供給を受ける買電ライン16と、前記複数の熱電可変型コジェネユニットと補助ボイラの運転状態を制御するコジェネプラント統合制御装置20とを備え、所定の需要プラントに電力と蒸気を供給する。コジェネプラント統合制御装置20は、各構成機器の運用コスト、総合効率、及びCO2排出量を線形モデル表現し、需要プラント1の電力需要蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とする。

概要

背景

蒸気噴射型ガスタービン主機とし、そのガスタービン排熱を利用して蒸気を発生させる熱電可変型コジェネユニットとして、例えば、特許文献1〜7が知られている。
図7に一例として特許文献1の構成図を示す。この図において、51はガスタービン、52は発電機、53は排熱回収ボイラ、54は外部に供給する蒸気である。

また、このような熱電可変型コジェネユニット、すなわち蒸気噴射ガスタービン発電装置を複数備えたコジェネプラントに対して、将来の電力・蒸気の需要計画に基づき、運用制約条件満足してかつ運用コストが最小となるようにコジェネユニット運転台数と電力・蒸気出力量を決定する手段が、特許文献8に開示されている。

特許第2751837号公報、「二流体サイクルガスタービン」
特許第2806338号公報、「ガスタービン発電装置
特許第3221123号公報、「LPG混合水用蒸発器を備えたガスタービン装置
特公平8−26780号公報、「部分再生二流体ガスタービン
特開2002−4814号公報、「再生式蒸気噴射ガスタービン発電装置」
特開2002−371861号公報、「蒸気噴射ガスタービン発電装置」
特開2003−120322号公報、「蒸気噴射ガスタービン発電装置」
特開2001−211696号公報、「コジェネプラントの運転方法及びその装置」

概要

複数のコジェネユニットの特性が大きく相違する場合でも、その運用コスト、総合効率CO2排出量のいずれかを選択的に最適化することができるコジェネプラントとその運転方法を提供する。 複数の熱電可変型コジェネユニット12と、燃料を用いて蒸気を発生する補助ボイラ14と、外部から電力の供給を受ける買電ライン16と、前記複数の熱電可変型コジェネユニットと補助ボイラの運転状態を制御するコジェネプラント統合制御装置20とを備え、所定の需要プラントに電力と蒸気を供給する。コジェネプラント統合制御装置20は、各構成機器の運用コスト、総合効率、及びCO2排出量を線形モデル表現し、需要プラント1の電力需要蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とする。

目的

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数のコジェネユニットの特性が大きく相違する場合でも、その運用コスト、総合効率、CO2排出量のいずれかを選択的に最適化することができるコジェネプラントとその運転方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

蒸気噴射型ガスタービンと該ガスタービン排熱蒸気を発生させる蒸気発生器とをそれぞれ有する複数の熱電可変型コジェネユニットと、燃料を用いて蒸気を発生する補助ボイラと、外部から電力の供給を受ける買電ラインと、前記複数の熱電可変型コジェネユニットと補助ボイラの運転状態を制御するコジェネプラント統合制御装置とを備え、所定の需要プラントに電力と蒸気を供給するコジェネプラントであって、コジェネプラント統合制御装置は、前記各構成機器運用コスト総合効率、及びCO2排出量線形モデル表現し、需要プラントの電力需要蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とする、ことを特徴とするコジェネプラント。

請求項2

前記コジェネプラント統合制御装置は、複数の熱電可変型コジェネユニット、補助ボイラ、買電ラインの前記各評価値Fi(i=1,2,...n)を、発生電力Piと発生蒸気量Siの関数fi(Pi,Si)として表し、需要プラントの電力需要Pと蒸気需要Sに応じて、各機器運転制約条件範囲内において、P=P1+P2+...+Pn,S=S1+S2+...+Snを満たし、かつ各評価値の和F=F1+F2+...+Fnを最適にするように各機器の発生電力Piと発生蒸気量Siを設定する、ことを特徴とする請求項1に記載のコジェネプラント。

請求項3

蒸気噴射型ガスタービンと該ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる蒸気発生器とをそれぞれ有する複数の熱電可変型コジェネユニットと、燃料を用いて蒸気を発生する補助ボイラと、外部から電力の供給を受ける買電ラインと、前記複数の熱電可変型コジェネユニットと補助ボイラの運転状態を制御するコジェネプラント統合制御装置とを備え、所定の需要プラントに電力と蒸気を供給するコジェネプラントの運転方法であって、前記各構成機器の運用コスト、総合効率、及びCO2排出量を線形モデルで表現し、需要プラントの電力需要と蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とする、ことを特徴とするコジェネプラントの運転方法。

請求項4

複数の熱電可変型コジェネユニット、補助ボイラ、買電ラインの前記各評価値Fi(i=1,2,...n)を、発生電力Piと発生蒸気量Siの関数fi(Pi,Si)として表し、需要プラントの電力需要Pと蒸気需要Sに応じて、各機器の運転制約条件範囲内において、P=P1+P2+...+Pn,S=S1+S2+...+Snを満たし、かつ各評価値の和F=F1+F2+...+Fnを最適にするように各機器の発生電力Piと発生蒸気量Siを設定する、ことを特徴とする請求項3に記載のコジェネプラントの運転方法。

技術分野

0001

本発明は、複数の熱電可変型コジェネユニットを用いて電力及び蒸気を供給するコジェネプラントとその運転方法に関する。

背景技術

0002

蒸気噴射型ガスタービン主機とし、そのガスタービン排熱を利用して蒸気を発生させる熱電可変型コジェネユニットとして、例えば、特許文献1〜7が知られている。
図7に一例として特許文献1の構成図を示す。この図において、51はガスタービン、52は発電機、53は排熱回収ボイラ、54は外部に供給する蒸気である。

0003

また、このような熱電可変型コジェネユニット、すなわち蒸気噴射ガスタービン発電装置を複数備えたコジェネプラントに対して、将来の電力・蒸気の需要計画に基づき、運用制約条件満足してかつ運用コストが最小となるようにコジェネユニット運転台数と電力・蒸気出力量を決定する手段が、特許文献8に開示されている。

0004

特許第2751837号公報、「二流体サイクルガスタービン」
特許第2806338号公報、「ガスタービン発電装置
特許第3221123号公報、「LPG混合水用蒸発器を備えたガスタービン装置
特公平8−26780号公報、「部分再生二流体ガスタービン
特開2002−4814号公報、「再生式蒸気噴射ガスタービン発電装置」
特開2002−371861号公報、「蒸気噴射ガスタービン発電装置」
特開2003−120322号公報、「蒸気噴射ガスタービン発電装置」
特開2001−211696号公報、「コジェネプラントの運転方法及びその装置」

発明が解決しようとする課題

0005

電力及び蒸気を供給する蒸気噴射ガスタービン発電装置を、以下、「熱電可変型コジェネユニット」又は単に「コジェネユニット」と呼ぶ。
コジェネユニットは、特許文献1〜7のように、種々の構成が提案されており、それぞれその特性が大きく異なる。

0006

しかし、特許文献8の手段は、複数のコジェネユニットを有するコジェネプラントを運転できるが、各コジェネユニットの特性の相違を考慮していない。そのため、複数のコジェネユニットの特性が同一または同一に近い場合には、その運用コストを最適化できるが、複数のコジェネユニットの特性が大きく相違する場合には、その運用コストを最適化ができない問題点があった。また、最適化する評価値は、運用コストのみであり、総合効率CO2排出量等の最適化はできなかった。

0007

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数のコジェネユニットの特性が大きく相違する場合でも、その運用コスト、総合効率、CO2排出量のいずれかを選択的に最適化することができるコジェネプラントとその運転方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明によれば、蒸気噴射型ガスタービンと該ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる蒸気発生器とをそれぞれ有する複数の熱電可変型コジェネユニットと、燃料を用いて蒸気を発生する補助ボイラと、外部から電力の供給を受ける買電ラインと、前記複数の熱電可変型コジェネユニットと補助ボイラの運転状態を制御するコジェネプラント統合制御装置とを備え、所定の需要プラントに電力と蒸気を供給するコジェネプラントであって、
コジェネプラント統合制御装置は、前記各構成機器の運用コスト、総合効率、及びCO2排出量を線形モデル表現し、需要プラントの電力需要蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とする、ことを特徴とするコジェネプラントが提供される。

0009

本発明の好ましい実施形態によれば、前記コジェネプラント統合制御装置は、複数の熱電可変型コジェネユニット、補助ボイラ、買電ラインの前記各評価値Fi(i=1,2,...n)を、発生電力Piと発生蒸気量Siの関数fi(Pi,Si)として表し、
需要プラントの電力需要Pと蒸気需要Sに応じて、各機器運転制約条件範囲内において、P=P1+P2+...+Pn, S=S1+S2+...+Snを満たし、かつ各評価値の和F=F1+F2+...+Fnを最適にするように各機器の発生電力Piと発生蒸気量Siを設定する。

0010

また本発明によれば、蒸気噴射型ガスタービンと該ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる蒸気発生器とをそれぞれ有する複数の熱電可変型コジェネユニットと、燃料を用いて蒸気を発生する補助ボイラと、外部から電力の供給を受ける買電ラインと、前記複数の熱電可変型コジェネユニットと補助ボイラの運転状態を制御するコジェネプラント統合制御装置とを備え、所定の需要プラントに電力と蒸気を供給するコジェネプラントの運転方法であって、
前記各構成機器の運用コスト、総合効率、及びCO2排出量を線形モデルで表現し、需要プラントの電力需要と蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とする、ことを特徴とするコジェネプラントの運転方法が提供される。

0011

本発明の好ましい実施形態によれば、複数の熱電可変型コジェネユニット、補助ボイラ、買電ラインの前記各評価値Fi(i=1,2,...n)を、発生電力Piと発生蒸気量Siの関数fi(Pi,Si)として表し、
需要プラントの電力需要Pと蒸気需要Sに応じて、各機器の運転制約条件範囲内において、P=P1+P2+...+Pn, S=S1+S2+...+Snを満たし、かつ各評価値の和F=F1+F2+...+Fnを最適にするように各機器の発生電力Piと発生蒸気量Siを設定する。

発明の効果

0012

上記本発明の装置および方法によれば、コジェネプラントの各構成機器の評価値(運用コスト、総合効率、及びCO2排出量)を線形モデルで表現し、需要プラントの電力需要と蒸気需要に応じて、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つを線形計画法により最適とするので、複数のコジェネユニットの特性が異なる場合でも、運転計画を行うことができ、かつ状況に応じて、評価値を運用コスト、総合効率、CO2排出量から選択できる。従って、コジェネプラント統合制御装置の適用対象が広がる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

0014

図1は、本発明のコジェネプラントの構成図である。この図に示すように、本発明のコジェネプラント10は、複数の熱電可変型コジェネユニット12(12−1,12-2,...,12-n)、補助ボイラ14、買電ライン16、およびコジェネプラント統合制御装置20を備え、所定の需要プラント1に電力と蒸気を供給するようになっている。なおこの出願において、nは正の整数である。
複数の熱電可変型コジェネユニット12は、それぞれ蒸気噴射型ガスタービンとガスタービンの排熱で蒸気を発生させる蒸気発生器とを有する。また各熱電可変型コジェネユニット12を個別に制御する個別制御装置13(13-1,13-2,...,13-n)が並列して別個に設けられる。
補助ボイラ14は、燃料を燃焼させて蒸気を発生する通常のボイラである。この補助ボイラ14はこの例では1台であるが、複数台を備えてもよい。
買電ライン16、外部の電力会社2から不足分の電力の供給を受ける。

0015

コジェネプラント統合制御装置20は、複数の熱電可変型コジェネユニット12の個別制御装置13と補助ボイラ14にそれぞれ指令を発し、それぞれの運転状態を個別に制御する。
コジェネプラント統合制御装置20は、制約条件設定部22、評価値選択部23、および運転計画部24からなる。
制約条件設定部22は、各構成機器(コジェネユニット12、補助ボイラ14、買電ライン16)の運転制約条件を予め設定する。また、コジェネプラント全体に要求される制約条件(例えば白煙防止)を設定する。さらに燃料単価、水単価買電単価等も予め設定する。
評価値選択部23は、運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のうちの1つを選択する。評価値はこれらに限定されず、その他の評価値(例えばNOx排出量)等を含めてもよい。
運転計画部24は、需要プラント1からの電力需要と蒸気需要の指令を受け、制約条件設定部22の制約の下で、評価値選択部23で選択した評価値を最適にするように各構成機器にそれぞれ指令を発する。

0016

図2は、本発明を構成する運転計画部の説明図である。運転計画部24には、評価値選択部23から選択した評価値(運用コスト、総合効率、CO2排出量、等)、外気温度、需要プラント1から電力需要と蒸気需要、制約条件設定部22から、燃料単価、水単価、買電単価、等が入力される。
運転計画部24では、各構成機器の運用コスト、総合効率、及びCO2排出量を線形モデルで表現し、需要プラントの電力需要と蒸気需要に応じて、選択した評価値(運用コスト、総合効率、及びCO2排出量の評価値のいずれか1つ)を線形計画法により最適とする。
またこの最適条件を満たす各コジェネユニット12の電力量1,2,...,n、蒸気量1,2,...,n、補助ボイラ14の補助蒸気量、買電電力量、等を算出し、各構成機器にそれぞれ指令を発する。
また、各コジェネユニット12(12−1,12-2,...,12-n)のいずれかの総合効率を最大にするように線形計画法により設定してもよい。

0017

図3は、本発明のコジェネプラント運転方法のフロー図である。この図に示すように、本発明の方法はステップS1〜S7からなる。
ステップS1では、需要プラント1から電力需要と蒸気需要、制約条件設定部22から燃料単価、水単価、買電単価、等を入力する。ステップS2では評価値選択部23で評価値(運用コスト、総合効率、CO2排出量、等)を選択する。
ステップS3では、全体を最適化するか部分最適(一部の機器を最適化する)かを選択する。全体を最適化する場合には、ステップS4で全機器の出力配分を最適化する。
また部分最適の場合には、ステップS5で指定機器の出力配分を最適化し、ステップS6でその他の機器の出力配分を最適化する。例えば各コジェネユニット12(12−1,12-2,...,12-n)のいずれかの総合効率を最大にするように線形計画法により設定する。
ステップS7では最適化した各機器の目標値を出力する。

0018

図4は、熱電可変型コジェネユニットの特性例である。この図において、(A)(B)はある熱電可変型コジェネユニット(コジェネユニット1と呼ぶ)の性能特性図であり、(C)(D)は別の熱電可変型コジェネユニット(コジェネユニット2と呼ぶ)の性能特性図である。
各図において、横軸送出蒸気量、縦軸燃料消費量、図中の多角形外郭は内側が運転範囲である。また、(A)(C)には発電量一定の特性を直線で示し、(B)(D)には総合効率一定の特性を直線で示している。

0019

これらの特性は、コジェネプラントを構成する各熱電可変型コジェネユニット12毎に予め単独試験等で求められている。従ってこれらの特性から、多角形の外郭に相当する各コジェネユニット12の運転制約条件を予め設定することができる。同様に補助ボイラ14、買電ライン16の運転制約条件も予め設定することができる。

0020

またこれらの特性から、各コジェネユニットにおいて、送出蒸気量と燃料消費量が決まると、発電量と総合効率も一意に定まることがわかる。従って、コジェネプラント全体の運用コスト、総合効率、等の評価値は、これらの送出蒸気量、燃料消費量、発電量、総合効率から求めることができる。
すなわち、複数の熱電可変型コジェネユニット12の評価値(例えば運用コスト)Fi(i=1,2,...n)は、それぞれの発生電力Piと発生蒸気量Siの関数fi(Pi,Si)として表わすことができる。また補助ボイラ14、買電ライン16の評価値も同様に発生電力Piと発生蒸気量Siの関数fi(Pi,Si)として表わすことができる。

0021

コジェネプラント統合制御装置20の運転計画部24では、需要プラント1の電力需要Pと蒸気需要Sに応じて、各機器の運転制約条件範囲内において、P=P1+P2+...+Pn,S=S1+S2+...+Snを満たし、かつ各評価値の和F=F1+F2+...+Fnを最適にするように各機器の発生電力Piと発生蒸気量Siを設定する。

0022

図5は、本発明の実施例による最適運転計画例である。この例は、図1においてコジェネユニット12として図4に示した特性(A)(B)と(C)(D)のコジェネユニット12をそれぞれ1台ずつ(計2台)使用した場合である。また、評価値としてユニット総合効率を選択し、コジェネユニット全体の総合効率を最大にする運転計画を示している。
図5(A)(B)は、蒸気需要を一定として電力需要を増加させた場合の各機器の発電量と蒸気量の変化を示している。図5(A)は、蒸気需要を一定として発電量を増加させた場合の各機器の発電量であり、ユニット総合効率を最大にする運転計画では、コジェネユニット1がほぼ一定発電量を保持し、コジェネユニット2が不足分を補い、更に不足分を買電量で補う結果を示している。
また、図5(B)は、図5(A)に対応する出力範囲での、各機器の蒸気量であり、同様にコジェネユニット1がほぼ一定蒸気量を保持し、コジェネユニット2が不足分を補い、更に不足分を補助ボイラで補う結果となっている。

0023

図6は、図5の例における熱電可変型コジェネユニットの特性図である。この図は、図4に示した特性図と同一である。この図において、実線矢印は、蒸気需要が高い場合である。この図から、蒸気需要が高い場合、コジェネユニット1は、総合効率が最大点近傍で運転され、ボイラ2は、その不足分を満たす範囲で総合効率を常に最大にする運転がされていることがわかる。
図6において、破線矢印は、蒸気需要が低い場合である。この場合には、コジェネユニット1は、必要な蒸気量を満たす範囲で総合効率を常に最大にする運転がされ、コジェネユニット2は、その不足分を満たす範囲で運転がされていることがわかる。

0024

上述したように、本発明において、コジェネプラント統合制御装置20は、特性の異なる熱電可変型コジェネユニット12を複数備えたコジェネプラント10に対して、電力・蒸気需要を満たし、運転制約条件を満足してかつ運用コスト、総合効率、CO2排出量のいずれかの評価値を最適にするコジェネユニットの電力・蒸気出力量を決定する。
従って、複数のコジェネユニットの特性が大きく相違する場合でも、その運用コスト、総合効率、CO2排出量のいずれかを選択的に最適化することができ、かつ状況に応じて、評価値を運用コスト、総合効率、CO2排出量から選択できる。従って、コジェネプラント統合制御装置の適用対象を広げることができる。

0025

なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

図面の簡単な説明

0026

本発明のコジェネプラントの構成図である。
本発明を構成する運転計画部の説明図である。
本発明のコジェネプラント運転方法のフロー図である。
熱電可変型コジェネユニットの特性例である。
本発明の実施例による最適運転計画例である。
図5の例における熱電可変型コジェネユニットの特性図である。
特許文献1の熱電可変型コジェネユニットの構成図である。

符号の説明

0027

1需要プラント、2電力会社、
10コジェネプラント、
12(12−1,12-2,...,12-n)熱電可変型コジェネユニット、
13(13-1,13-2,...,13-n)個別制御装置、
14補助ボイラ、16買電ライン、
20コジェネプラント統合制御装置、
22制約条件設定部、23評価値選択部、24運転計画部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 富士電機株式会社の「 ヒートポンプ式蒸気生成装置」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】運転効率の高いヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することを目的とする。【解決手段】ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aは、制御部18と、外部熱源により冷媒を蒸発させる蒸発器12と、圧縮する圧縮機14... 詳細

  • 大阪瓦斯株式会社の「 熱媒加熱システム」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】脱亜鉛腐食の発生を迅速に検出できる熱媒加熱システムを提供する。【解決手段】熱を発生する熱源部10と、配管継手1によって接続してある配管を有し、熱消費端末30に熱媒を供給する熱媒循環路40と、熱... 詳細

  • 富士電機株式会社の「 ヒートポンプ式蒸気生成装置」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】運転効率が向上するヒートポンプ式蒸気生成装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aは、外部熱源により冷媒を蒸発させる蒸発器12と、蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機14と、冷媒と熱... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ